JP2658818B2 - Birefringent diffraction grating polarizer and optical head device - Google Patents

Birefringent diffraction grating polarizer and optical head device

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JP2658818B2
JP2658818B2 JP5227379A JP22737993A JP2658818B2 JP 2658818 B2 JP2658818 B2 JP 2658818B2 JP 5227379 A JP5227379 A JP 5227379A JP 22737993 A JP22737993 A JP 22737993A JP 2658818 B2 JP2658818 B2 JP 2658818B2
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polarization
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  • Polarising Elements (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバー通信用
光源モジュールや、光ディスク用光ヘッドに使われる複
屈折回折格子型偏光子とそれを用いた光ヘッド装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a birefringent diffraction grating polarizer used for a light source module for optical fiber communication, an optical head for an optical disk, and an optical head device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】偏光子、特に偏光ビームスプリッタは、
直交する偏光間での光の伝搬方向を異ならしめることに
よって特定の偏光を得る素子である。従来、偏光ビーム
スプリッタとしては、グラントムソンプリズムやロッシ
ョンプリズムなど、複屈折の大きな結晶のはり合わせ面
における偏光による透過ないしは反射の違いを利用し、
光路を分離するもの、またはガラスなどの等方性光学媒
質でできたプリズムは合わせ型ビームスプリッタのはり
合わせ面に誘電体多層膜を設け、この誘電体多層膜の偏
光による干渉の違いを利用して、光を反射ないし透過さ
せるものが多く使用されている。しかしながら、これら
の素子は大型であること、生産性が低いこと、価格が高
いことなどの欠点がある。また、上記バルク型の偏光子
は偏光子機能のみ持ち、光ディスク用光ヘッドに用いた
場合、焦点誤差検出機能及びトラック誤差検出機能など
の複合化が難しく光ヘッドの小型化が困難である。
2. Description of the Related Art Polarizers, particularly polarizing beam splitters,
This is an element that obtains a specific polarization by making the propagation direction of light different between orthogonal polarizations. Conventionally, as a polarization beam splitter, utilizing the difference in transmission or reflection due to polarized light on the bonding surface of crystals with large birefringence, such as Glan-Thompson prism and lotion prism,
A prism that separates the optical path or a prism that is made of an isotropic optical medium such as glass is provided with a dielectric multilayer film on the bonding surface of the combined beam splitter, and uses the difference in interference due to polarization of the dielectric multilayer film. Those that reflect or transmit light are often used. However, these devices have drawbacks such as large size, low productivity, and high price. In addition, when the bulk type polarizer has only a polarizer function and is used for an optical disk optical head, it is difficult to combine a focus error detection function and a track error detection function, and it is difficult to reduce the size of the optical head.

【0003】一方、近年小型で生産性が高く、偏光子機
能以外にも機能を複合化できる偏光子として、特開昭6
3−314502号公報に記載されている複屈折回折格
子型偏光子が知られている。図7は、この複屈折回折格
子型偏光子の断面図である。複屈折結晶であるニオブ酸
リチウム基板1のX板、あるいはY板に安息香酸による
プロトン交換を施すと、一例として光ディスク装置に一
般的に用いられる0.78μmの波長の光に対しては基
板の結晶光学軸に平行な偏光の光である異常光に対する
屈折率は約0.12増加し、その光学軸に垂直な偏光の
光である常光に対する屈折率は約0.04減少する。そ
こでプロトン交換を施した交換領域2と施さない非交換
領域を周期的に配置した格子にすると回折格子として作
用する。この格子に交換領域2を通過する常光と非交換
領域を通過する常光の位相差を相殺するために交換領域
2上に適当な厚さの位相補償膜3を形成すると、常光に
対してはこの格子は回折格子としては働かず、常光を回
折せずに透過させることができる。つまり、この格子は
単なる透明基板に見える。上記の常光に対する位相差相
殺条件を満足させながら交換領域2の深さを変えること
により異常光に対する位相差がπでかつプロトン交換領
域2と交換されていない領域の幅が等しいときは、異常
光は完全に回折される。これらの位相関係は次式で与え
られる。
On the other hand, in recent years, as a polarizer which is compact and has high productivity and which can combine functions other than the polarizer function, Japanese Patent Laid-Open No.
A birefringent diffraction grating polarizer described in 3-314502 is known. FIG. 7 is a sectional view of the birefringent diffraction grating polarizer. When the X-plate or Y-plate of the lithium niobate substrate 1 which is a birefringent crystal is subjected to proton exchange with benzoic acid, for example, light of a wavelength of 0.78 μm, which is generally used in an optical disc device, is exposed to the substrate. The refractive index for extraordinary light that is polarized light parallel to the crystal optical axis increases by about 0.12, and the refractive index for ordinary light that is polarized light perpendicular to the optical axis decreases by about 0.04. Therefore, a grating in which the exchange region 2 subjected to proton exchange and the non-exchange region not subjected to proton exchange are periodically arranged to function as a diffraction grating. When a phase compensation film 3 having an appropriate thickness is formed on the exchange region 2 to cancel the phase difference between ordinary light passing through the exchange region 2 and ordinary light passing through the non-exchange region on this grating, The grating does not act as a diffraction grating and can transmit ordinary light without diffracting. In other words, this lattice looks like a mere transparent substrate. When the phase difference with respect to the extraordinary light is π and the width of the region not exchanged with the proton exchange region 2 is equal by changing the depth of the exchange region 2 while satisfying the phase difference canceling condition with respect to the ordinary light, the extraordinary light Is completely diffracted. These phase relationships are given by:

【0004】{Δne ・Tp +(nd −no u t )・T
d }・2π/λ=π {Δno ・Tp +(nd −no u t )・Td }・2π/
λ=0 ここでnd 、Td は位相補償膜3の屈折率及び厚さ、T
p はプロトン交換領域2の深さ、Δne 、Δno はプロ
トン領域2の異常光、常光の屈折率変化量、no u t
ホログラム基板外の屈折率すなわち空気層ではno u t
=1である。またλは光の波長である。
[0004] {Δn e · T p + ( n d -n out) · T
d} · 2π / λ = π {Δn o · T p + (n d -n out) · T d} · 2π /
λ = 0 where n d and T d are the refractive index and thickness of the phase compensation film 3,
p is the depth of the proton exchange region 2, Δn e , Δn o are the refractive index changes of extraordinary light and ordinary light in the proton region 2, and n out is the refractive index outside the hologram substrate, that is, n out in the air layer.
= 1. Λ is the wavelength of light.

【0005】またプロトン交換領域2と位相補償膜3を
交互に配置し、異常光に対してプロトン交換領域2を通
過する光と誘電体の位相補償膜3を通過する光の位相差
を0、常光に対してはその位相差をπとして、かつプロ
トン交換領域2と位相補償膜3の幅を等しくすることに
よっても偏光機能が実現できる。この場合は異常光が回
折されずに透過し、常光が完全に回折される。
Further, the proton exchange regions 2 and the phase compensation films 3 are alternately arranged, and the phase difference between the light passing through the proton exchange regions 2 and the light passing through the dielectric phase compensation film 3 with respect to the extraordinary light is 0, For ordinary light, the polarization function can also be realized by setting the phase difference to π and making the width of the proton exchange region 2 and the phase compensation film 3 equal. In this case, the extraordinary light is transmitted without being diffracted, and the ordinary light is completely diffracted.

【0006】また、この複屈折回折格子型偏光子を光ヘ
ッド装置に利用している例として、特開平3−2913
7号公報、特開平3−29129号公報に記載されてい
るホログラム素子がある。これらのホログラム素子は図
7に示す断面構造をとりながら、格子パターンは光ヘッ
ドの焦点誤差信号、トラック誤差信号を検出するために
図8に示すように回折方向が異なる複数の格子領域から
形成されている。同様な格子パターンとして図9のよう
に格子領域が分割されたパターンもある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-2913 discloses an example of using this birefringent diffraction grating polarizer in an optical head device.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-29129 and a hologram element described in JP-A-3-29129. While these hologram elements have the cross-sectional structure shown in FIG. 7, a grating pattern is formed from a plurality of grating regions having different diffraction directions as shown in FIG. 8 to detect a focus error signal and a track error signal of the optical head. ing. As a similar grid pattern, there is a pattern in which a grid area is divided as shown in FIG.

【0007】図10は特開平3−29129号公報記載
のビデオディスク、追記型光ディスクと書き替え型の相
変化光ディスク用の光ヘッド装置である。半導体レーザ
10から出射した光は、ホログラム素子16に常光とし
て入射し回折されずに透過して、コリメーティングレン
ズ11、1/4波長板13、対物レンズ12を通過後、
光ディスク14上に集光する。光ディスク14からの戻
り光は逆の経路を通り、ホログラム素子16に再入射す
る。この戻り光はその偏光面が1/4波長板13により
元の偏光に対して90度回転しており、ホログラム素子
16に対して異常光として入射するため完全に回折さ
れ、+1次回折光50及び−1次回折光51が第1光検
出器30と第2光検出器31で受光される。図11は光
検出器に入射した回折光の状態を示す図である。図8の
ホログラム上の領域A5と領域B6から回折光は11に
示す収束点40と41に収束する。焦点誤差信号は図8
のホログラムパターン上の分割線9がナイフエッヂとし
て働き、これらの回折光よりダブルナイフエッヂ法で検
出する。トラック誤差信号は図11の収束点42、43
に収束する領域C7と領域D8からの回折光の差からプ
ッシュプル法で検出する。記録信号は第2光検出器31
で受光した光あるいは、第1光検出器30及び第2光検
出器31で受光した光量の和より検出する。さらに、高
次の回折光を受光することにより一層信号量を大きくす
ることができる。
FIG. 10 shows an optical head device for a video disk, a write-once optical disk and a rewritable phase-change optical disk described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-29129. The light emitted from the semiconductor laser 10 enters the hologram element 16 as ordinary light, transmits without being diffracted, passes through the collimating lens 11, the quarter-wave plate 13, and the objective lens 12, and
The light is focused on the optical disk 14. The return light from the optical disk 14 passes through the reverse path and reenters the hologram element 16. This return light has its polarization plane rotated by 90 degrees with respect to the original polarization by the quarter-wave plate 13 and is completely diffracted because it enters the hologram element 16 as extraordinary light. The -1st-order diffracted light 51 is received by the first photodetector 30 and the second photodetector 31. FIG. 11 is a diagram illustrating a state of diffracted light incident on the photodetector. The diffracted light from the regions A5 and B6 on the hologram in FIG. The focus error signal is shown in FIG.
The division line 9 on the hologram pattern functions as a knife edge, and is detected from the diffracted light by the double knife edge method. The track error signal is the convergence point 42, 43 in FIG.
Is detected by the push-pull method from the difference between the diffracted light from the region C7 and the diffracted light from the region D8. The recording signal is transmitted to the second photodetector 31.
, Or the sum of the amounts of light received by the first photodetector 30 and the second photodetector 31. Further, by receiving high-order diffracted light, the signal amount can be further increased.

【0008】図12は特開平3−29137号公報記載
の光磁気ディスク用の光ヘッド装置である。半導体レー
ザ10からの出射光はコリメーティングレンズ11、偏
光ビームスプリッタ18、対物レンズ12を通過後、光
磁気ディスク15上に集光する。光磁気ディスク15か
らの戻り光は逆の光路をたどり、偏光ビームスプリッタ
18により光軸外に分離され、レンズ19で収束光とな
りホログラム素子17で異常光成分が回折され、第1、
第2、第3光検出器32、33、34で受光される。こ
の偏光ビームスプリッタ18は半導体レーザ10からP
偏光光を一部反射、及び透過させ、それに直交するS偏
光光即ち、光磁気ディスク15の反射時のカー効果によ
って生じたわずかな偏光光を全て反射する偏光特性を持
つ。記録信号は差動検出法を用いてホロブラム素子17
の偏光子機能により偏光分離された0次回折光と1次回
折光より検出する。+1次回折光52と−1次回折光5
4の和と0次回折光53の差より検出する場合は、戻り
光の偏光方向とホログラム素子の結晶光学軸が約42度
の角度をなせば光量がバランスして記録信号が小さなノ
イズで検出できる。−1次回折光54と0次回折光53
の差より検出する場合は、約32度に設定すればよい。
図13は光検出器に入射する回折光の状態を説明するた
めの図である。焦点及びトラック誤差信号は第1光検出
器32に入射する+1次回折光52を用いて図11と同
じように検出する。
FIG. 12 shows an optical head device for a magneto-optical disk described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-29137. Light emitted from the semiconductor laser 10 passes through the collimating lens 11, the polarizing beam splitter 18, and the objective lens 12, and is then focused on the magneto-optical disk 15. The return light from the magneto-optical disk 15 follows the reverse optical path, is separated off the optical axis by the polarization beam splitter 18, becomes convergent light by the lens 19, and the extraordinary light component is diffracted by the hologram element 17, and the first,
The light is received by the second and third photodetectors 32, 33 and 34. The polarization beam splitter 18 receives a P beam from the semiconductor laser 10.
It has a polarization characteristic of partially reflecting and transmitting polarized light, and reflecting all S-polarized light orthogonal thereto, that is, all of the slight polarized light generated by the Kerr effect at the time of reflection of the magneto-optical disk 15. The recording signal is transferred to the holobram element 17 using the differential detection method.
From the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light, which are polarized and separated by the polarizer function. + 1st-order diffracted light 52 and -1st-order diffracted light 5
When detecting from the difference between the sum of 4 and the zero-order diffracted light 53, if the polarization direction of the return light and the crystal optical axis of the hologram element form an angle of about 42 degrees, the light quantity balances and the recording signal can be detected with small noise. . -1st-order diffracted light 54 and 0th-order diffracted light 53
In the case of detecting from the difference, the angle may be set to about 32 degrees.
FIG. 13 is a diagram for explaining the state of the diffracted light incident on the photodetector. The focus and track error signals are detected in the same manner as in FIG. 11 using the + 1st-order diffracted light 52 incident on the first photodetector 32.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の複屈折回
折格子型偏光子は、透過型のため格子層の形成には、プ
ロトン交換領域を深く、位相補償膜を厚くする必要があ
るため長い作製時間を要した。さらに、この素子を上記
の従来の光ヘッド装置に利用した場合は一層の小型化が
困難であった。本発明の目的は、短時間で格子層が形成
可能な複屈折回折格子型偏光子とそれを利用した一層の
小型化が可能な光ヘッド装置を提供することにある。
The above-mentioned conventional birefringent diffraction grating polarizer is of a transmission type, and therefore requires a deep proton exchange region and a thick phase compensation film to form a grating layer. Production time was required. Further, when this element is used in the above-mentioned conventional optical head device, it is difficult to further reduce the size. An object of the present invention is to provide a birefringent diffraction grating polarizer capable of forming a grating layer in a short time and an optical head device using the same, which can be further reduced in size.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の複屈折回折格子
型偏光子は光学異方性を持つ結晶板の主面に周期的に設
けられたイオン交換領域と誘電対から成る回折格子の表
面に全反射膜が形成されていることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION A birefringent diffraction grating polarizer of the present invention has a surface of a diffraction grating comprising an ion exchange region and a dielectric pair periodically provided on a main surface of a crystal plate having optical anisotropy. A total reflection film is formed on the substrate.

【0011】前記回折格子と反対の面の全面あるいは一
部の領域に偏光ビームスプリッタ層が設けられているこ
とを特徴とする。
A polarizing beam splitter layer is provided on the entire surface or a part of the surface opposite to the diffraction grating.

【0012】本発明の光ヘッド装置は光源と、前記光源
からの光を記録媒体上に絞り込む結像レンズ系と、前記
記録媒体からの戻り光の偏光を前記光源からの光の偏光
と直交するように変換する4分の1波長板と、前記光源
からの光を前記結像レンズ系へ反射し前記戻り光を回折
するホロブラム素子と、前記回折された光を受光する光
検出器から構成され、前記ホログラム素子は光学異方性
を持つ結晶板の主面に周期的に設けられたイオン交換領
域と誘電対から成る回折格子の表面に全反射膜が形成さ
れていることを特徴とする。
An optical head device according to the present invention includes a light source, an imaging lens system for focusing light from the light source on a recording medium, and a polarization of light returned from the recording medium orthogonal to a polarization of light from the light source. A quarter-wave plate that converts the light from the light source to the imaging lens system and diffracts the return light, and a photodetector that receives the diffracted light. The hologram element is characterized in that a total reflection film is formed on the surface of a diffraction grating composed of a dielectric pair and an ion exchange region periodically provided on a main surface of a crystal plate having optical anisotropy.

【0013】本発明の光ヘッド装置は光源と、前記光源
からの光を記録媒体上に絞り込む結像レンズ系と、前記
光源からの光を前記結像レンズ系へ反射し前記記録媒体
からの戻り光を回折及び反射するホログラム素子と、前
記回折及び反射された光を受光する光検出器から構成さ
れ、前記ホログラム素子は光学異方性を持つ結晶板の主
面に周期的に設けられたイオン交換領域と誘電体から成
る回折格子の表面に全反射膜が形成されており、前記回
折格子と反対の面の一部の領域に偏光ビームスプリッタ
層が設けられていることを特徴とする。
An optical head device according to the present invention includes a light source, an imaging lens system for converging light from the light source onto a recording medium, and reflecting light from the light source to the imaging lens system to return from the recording medium. A hologram element that diffracts and reflects light; and a photodetector that receives the diffracted and reflected light, wherein the hologram element is an ion that is periodically provided on a main surface of a crystal plate having optical anisotropy. A total reflection film is formed on a surface of a diffraction grating composed of an exchange region and a dielectric, and a polarization beam splitter layer is provided on a part of a surface opposite to the diffraction grating.

【0014】本発明の光ヘッド装置は、光源と、前記光
源からの光を記録媒体上に絞り込む結像レンズ系と、前
記光源からの光の一部を前記結像レンズ系へ反射し、前
記記録媒体からの戻り光の一部を透過させる偏光ビーム
スプリッタと、前記の偏光ビームスプリッタを透過した
前記記録媒体からの戻り光を反射回折するホログラム素
子と前記反射回折された光を受光する光検出器から構成
され、前記偏光ビームスプリッタは、偏光分離する面の
一部の領域に偏光ビームスプリッタ層が形成されてお
り、前記ホログラム素子は光学異方性を持つ結晶板の主
面に周期的に設けられたイオン交換領域と誘電体から成
る回折格子の面に全反射膜を形成し、前記回折格子の反
対の面と前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面が接着
されていることを特徴とする。
An optical head device according to the present invention includes a light source, an imaging lens system for focusing light from the light source onto a recording medium, and a part of the light from the light source reflected to the imaging lens system. A polarization beam splitter that transmits a part of the return light from the recording medium, a hologram element that reflects and diffracts the return light from the recording medium that has passed through the polarization beam splitter, and a light detector that receives the reflected and diffracted light The polarizing beam splitter has a polarizing beam splitter layer formed in a partial region of a plane where polarization is separated, and the hologram element is periodically arranged on a main surface of a crystal plate having optical anisotropy. It is characterized in that a total reflection film is formed on the surface of the diffraction grating formed of the ion exchange region and the dielectric provided, and the opposite surface of the diffraction grating and the polarization splitting surface of the polarization beam splitter are bonded. To.

【0015】[0015]

【作用】本発明の複屈折回折格子型偏光子の作用・原理
は次の通りである。本発明の複屈折回折格子型偏光子で
は図1に示すような反射型の構造をとっている。この構
造では光が格子層を往復するため従来の透過型の構造に
比べ、必要なプロトン交換領域2及び位相補償膜3の格
子層の厚さを半分以下にすることが可能となる。従来の
技術で述べたように異常光が回折し、常光が反射するに
はプロトン交換領域2を通過する光とプロトン交換のな
い領域を通過する光の位相差が異常光でπ、常光で0で
あればよい。その時の位相関係は次式で表される。
The operation and principle of the birefringent diffraction grating polarizer of the present invention are as follows. The birefringent diffraction grating polarizer of the present invention has a reflection type structure as shown in FIG. In this structure, since light reciprocates in the lattice layer, the required thickness of the lattice layer of the proton exchange region 2 and the phase compensation film 3 can be reduced to half or less as compared with the conventional transmission type structure. As described in the related art, the extraordinary light is diffracted and the ordinary light is reflected. The phase difference between the light passing through the proton exchange region 2 and the light passing through the region without proton exchange is π for the extraordinary light and 0 for the ordinary light. Should be fine. The phase relationship at that time is expressed by the following equation.

【0016】 (Δne ・2Tp +’nd ・2Td ’)・2π/λ=π (Δno ・2Tp +’nd ・2Td ’)・2π/λ=o これによりTp 、Td は次のように求められる。[0016] (Δn e · 2T p + ' n d · 2T d') · 2π / λ = π (Δn o · 2T p + 'n d · 2T d') · 2π / λ = o This T p, Td is obtained as follows.

【0017】 Tp ’=λ/{4・(Δne −Δno )} Td ’=−Δno /nd ・Tp ’ この時のプロトン交換領域2の深さ及び誘電体の位相補
償膜3の厚さは、前記の従来の技術で述べた透過型の場
合に比べるとその関係は次式のようになる。
[0017] T p '= λ / {4 · (Δn e -Δn o)} T d' = -Δn o / n d · T p ' phase compensation depth and the dielectric of the proton exchange region 2 at this time The relationship between the thickness of the film 3 and the transmission type described in the above-mentioned prior art is as follows.

【0018】Tp ’=Tp /2 Td ’<Td /2 格子に光が斜入射する場合は垂直入射に比べ光路長が長
くなるので、より一層のプロトン交換領域2及び位相補
償膜3の薄型化可能となる。
T p ′ = T p / 2 T d ′ <T d / 2 When light is obliquely incident on the grating, the optical path length is longer than in the case of normal incidence, so that the proton exchange region 2 and the phase compensation film are further increased. 3 can be made thinner.

【0019】[0019]

【実施例】図1は本発明の複屈折回折格子型偏光子の第
1の実施例の断面図である。位相補償膜3としてニオブ
酸リチウム基板1とほぼ同じ2.2の屈折率の誘電体膜
を用いている。0.78μmの波長の光に対しては、従
来の透過型の構造では位相補償膜の厚さが約800n
m、プロトン交換層の深さが約2.4μm必要であるが
本発明の反射型の構造では約200nmの厚さの位相補
償膜と、約1.2μmの深さのプロトン交換領域により
偏光子機能が実現できる。この誘電体膜としてはNb2
5 ,TiO2 ,Ta2 5 などがある。全反射膜4と
しては金属膜あるいは誘電体の多層反射膜がある。
1 is a sectional view of a first embodiment of a birefringent diffraction grating polarizer according to the present invention. As the phase compensation film 3, a dielectric film having a refractive index of about 2.2 which is almost the same as that of the lithium niobate substrate 1 is used. For light having a wavelength of 0.78 μm, the thickness of the phase compensation film is about 800 n in the conventional transmission type structure.
m, the depth of the proton exchange layer is required to be about 2.4 μm. In the reflection type structure of the present invention, a polarizer is provided by a phase compensation film having a thickness of about 200 nm and a proton exchange region having a depth of about 1.2 μm. Function can be realized. As this dielectric film, Nb 2
O 5 , TiO 2 , Ta 2 O 5 and the like. The total reflection film 4 includes a metal film or a dielectric multilayer reflection film.

【0020】図2は本発明の複屈折回折格子型偏光子の
第2の実施例を示す断面図である。複屈折回折格子型偏
光子の透過型の構造として従来の技術で述べたように特
開平4−292853号に記載されているプロトン交換
領域と誘電体の位相補償膜が交互に配置された構造であ
り、図2の実施例はこれを反射型にしたものである。
FIG. 2 is a sectional view showing a birefringent diffraction grating polarizer according to a second embodiment of the present invention. As described in the description of the prior art, the transmission type structure of the birefringent diffraction grating polarizer has a structure in which proton exchange regions and dielectric phase compensation films are alternately arranged as described in JP-A-4-292853. Yes, the embodiment of FIG. 2 is a reflection type.

【0021】図3(a)は本発明の光ヘッド装置の第1
の実施例の図で、ビデオディスク、追記型光ディスクと
書き替え型の相変化光ディスク用の光ヘッド装置であ
る。ホログラム素子20は裏面が上で述べた反射型の複
屈折回折格子型偏光子の構造となっており、その格子パ
ターンは焦点及びトラック誤差信号検出用に従来の技術
で述べた図8または図9に示すパターンとなっている。
光源の半導体レーザ10からの光はホログラム素子20
にこの格子層で回折されずに反射される偏光で入射す
る。その反射光はコリメーティングレンズ11でコリメ
ートされ、1/4波長板13、対物レンズ12を通過
後、光ディスク14上に集光される。光ディスク14で
反射された戻り光は逆の光路をとおりホログラム素子2
0に再入射する。この時の偏光は1/4波長板13の往
復の通過により元の偏方向から90度回転しているため
ホログラム素子20により回折され、その回折光は第1
及び第2光検出器35、36で受光される。図3(b)
は各光検出器での回折光の状態を示しており、従来の技
術で述べた方法と同様にして焦点、トラック誤差信号及
び記録信号を検出する。
FIG. 3A shows a first example of the optical head device according to the present invention.
The optical head device for a video disk, a write-once optical disk, and a rewritable phase-change optical disk. The hologram element 20 has a reflective birefringent diffraction grating polarizer having a back surface as described above, and its grating pattern is the same as that shown in FIG. 8 or FIG. The pattern shown in FIG.
The light from the semiconductor laser 10 as a light source is
Incident on the grating layer with polarized light that is reflected without being diffracted by this grating layer. The reflected light is collimated by a collimating lens 11, passes through a 波長 wavelength plate 13 and an objective lens 12, and is then focused on an optical disk 14. The return light reflected by the optical disc 14 passes through the reverse optical path and is
Re-enter at 0. The polarized light at this time is rotated by 90 degrees from the original polarization direction by the reciprocating passage of the quarter-wave plate 13 and is diffracted by the hologram element 20.
And are received by the second photodetectors 35 and 36. FIG. 3 (b)
Indicates the state of the diffracted light at each photodetector, and detects the focus, track error signal, and recording signal in the same manner as in the method described in the related art.

【0022】図4(a)は本発明の光ヘッド装置の第2
の実施例の図で、上記の第1の実施例の半導体レーザと
光検出器をモジュール60内に一体化している。図4
(b)はそのモジュール60の図である。半導体レーザ
チップ25から出射した光は、ミラー24で反射されホ
ログラム素子20へ向かう。また、ホログラム素子20
から戻り光は光検出素子群27に入射して上で述べたよ
うに焦点及びトラック誤差信号及び記録信号が検出され
る。
FIG. 4A shows a second example of the optical head device according to the present invention.
In this embodiment, the semiconductor laser and the photodetector of the first embodiment are integrated in a module 60. FIG.
(B) is a diagram of the module 60. Light emitted from the semiconductor laser chip 25 is reflected by the mirror 24 and travels to the hologram element 20. The hologram element 20
Return light enters the photodetector group 27, and the focus and track error signal and the recording signal are detected as described above.

【0023】図5(a)は本発明の光ヘッド装置の第3
の実施例の図で、光磁気ディスク用の光ヘッド装置であ
る。このホログラム素子21は裏面に反射格子層22、
表面に一部の領域に偏光ビームスプリッタ層23が形成
されている。この反射格子層22は上に述べた反射型の
複屈折回折格子型偏光子の構造をしており、その格子パ
ターンは焦点及びトラック誤差信号検出用に従来の技術
で述べた図8または図9に示すパターンとなっている。
表面の偏光ビームスプリッタ層23は特定の偏光をほと
んど透過させ、それに直交する偏光は一定の光量比で透
過及び反射させる偏光特性を有し、表面への誘電体多層
膜の形成あるいは上記のような偏光特性を持った偏光ビ
ームスプリッタ基板を表面に張り付けることによって形
成可能である。光源の半導体レーザ10からの光はホロ
グラム素子21の偏光ビームスプリッタ層23で上記の
一部反射される偏光入射する。その反射光は、コリメー
テイングレンズ11でコリメートされ、対物レンズ12
を通過後、光磁気ディスク15上に集光される。光磁気
ディスク15で反射された戻り光は逆の光路をとおりホ
ログラム素子21に再入射する。偏光ビームスプリッタ
層23に於いて戻り光のうち元の偏光は一部透過し、そ
れに直交する偏光即ち、光磁気ディスク15面での反射
時のカー効果により生じたわずかな偏光はほとんど透過
する。偏光ビームスプリッタ層23を透過してきたこれ
らの光は裏面の反射格子層22により回折及び反射さ
れ、その回折光及び反射光は光検出器37で受光され
る。
FIG. 5A shows a third example of the optical head device according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram of an embodiment of the present invention, showing an optical head device for a magneto-optical disk. This hologram element 21 has a reflection grating layer 22
The polarization beam splitter layer 23 is formed in a partial area on the surface. This reflection grating layer 22 has the structure of the above-mentioned reflection type birefringent diffraction grating polarizer, and its grating pattern is the same as that shown in FIG. 8 or FIG. The pattern shown in FIG.
The polarization beam splitter layer 23 on the surface has a polarization characteristic of transmitting almost specific polarized light and transmitting and reflecting polarized light orthogonal to the polarized light at a constant light amount ratio, and forming a dielectric multilayer film on the surface or as described above. It can be formed by attaching a polarization beam splitter substrate having polarization characteristics to the surface. The light from the semiconductor laser 10 as the light source enters the polarized light partially reflected by the polarizing beam splitter layer 23 of the hologram element 21. The reflected light is collimated by a collimating lens 11 and is reflected by an objective lens 12.
Is condensed on the magneto-optical disk 15. The return light reflected by the magneto-optical disk 15 reenters the hologram element 21 through the opposite optical path. In the polarization beam splitter layer 23, a part of the original polarized light of the return light is transmitted, and the polarized light orthogonal thereto, that is, the slight polarized light generated by the Kerr effect at the time of reflection on the surface of the magneto-optical disk 15 is almost transmitted. The light transmitted through the polarization beam splitter layer 23 is diffracted and reflected by the reflection grating layer 22 on the back surface, and the diffracted light and the reflected light are received by the photodetector 37.

【0024】図5(b)は光検出器37での回折光の状
態を示している。回折光のうち+1次回折光より従来の
技術で述べた方法と同様にして焦点及びトラック誤差信
号を検出する。記録信号も従来の技術で述べたようにし
て上記の戻り光の偏光方向とホログラム素子21の結晶
光学軸とを適当な角度に設定することにより0次回折光
と−1次回折光あるいは、0次回折光と±1次回折光の
差動検出できる。また、より高次回折光を受光すること
によって記録信号の増大を図ることも可能である。
FIG. 5B shows the state of the diffracted light at the photodetector 37. Focus and track error signals are detected from the + 1st-order diffracted light in the same manner as described in the prior art. By setting the polarization direction of the return light and the crystal optic axis of the hologram element 21 at an appropriate angle as described in the prior art, the recording signal is also used for the 0th-order diffraction light and the -1st-order diffraction light or the 0th-order diffraction light. And ± 1st order diffracted light. It is also possible to increase the recording signal by receiving higher-order diffracted light.

【0025】図6(a)は本発明の光ヘッド装置の第4
の実施例の図で、上記の第3の実施例の半導体レーザと
光検出器をモジュール61内に一体化している。図6
(b)はそのモジュール61の図である。半導体レーザ
チップ25から出射した光はミラー24で反射されホロ
グラム素子21へ向かう。また、ホログラム素子からの
戻り光は光検出素子群26に入射して上で述べたように
焦点及びトラック誤差信号及び記録信号が検出される。
FIG. 6A shows a fourth example of the optical head device according to the present invention.
In this embodiment, the semiconductor laser and the photodetector of the third embodiment are integrated in a module 61. FIG.
(B) is a diagram of the module 61. Light emitted from the semiconductor laser chip 25 is reflected by the mirror 24 and travels to the hologram element 21. The return light from the hologram element is incident on the photodetector group 26, and the focus and track error signal and the recording signal are detected as described above.

【0026】さらに、図14は本発明の第5の実施例の
図で、上記の第3及び第4の実施例に於いてホログラム
素子21に偏光ビームスプリッタ層23を形成する代わ
りに、三角プリズム70の斜面に偏光ビームスプリッタ
層71を形成し、ホログラム素子72の格子層と反対の
面をこの斜面に張りつけた場合である。ホログラム素子
72と三角プリズム70をつける方法として、接着剤を
注入する方法がある。例えばプリズム70に使われるガ
ラスの屈折率と同等の屈折率の透明なもの例えば光硬化
性樹脂などを用いると、ホログラム素子、プリズム間の
反射損が軽減され、また境界での屈折による影響も小さ
くなる。信号の検出方法は上記と同じである。
FIG. 14 is a view of a fifth embodiment of the present invention. In the third and fourth embodiments, instead of forming the polarization beam splitter layer 23 on the hologram element 21, a triangular prism is used. In this case, a polarizing beam splitter layer 71 is formed on the slope of 70, and the surface of the hologram element 72 opposite to the grating layer is attached to the slope. As a method of attaching the hologram element 72 and the triangular prism 70, there is a method of injecting an adhesive. For example, when a transparent material having a refractive index equivalent to the refractive index of glass used for the prism 70, such as a photocurable resin, is used, the reflection loss between the hologram element and the prism is reduced, and the influence of refraction at the boundary is small. Become. The signal detection method is the same as described above.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の複屈折回折格子型偏光子は反射
型構造をとることにより製造時間を短縮することがで
き、素子の低コストを図ることができる。また、本発明
の光ヘッド装置では反射型の複屈折回折格子型偏光子を
用いるため光ヘッド装置の小型化が実現でき、さらに光
源と光検出器をモジュール化することにより光ヘッド装
置の一層の小型化が実現できる。
The birefringent diffraction grating polarizer of the present invention has a reflective structure, so that the manufacturing time can be shortened and the cost of the device can be reduced. Further, in the optical head device of the present invention, the size of the optical head device can be reduced because a reflection type birefringent diffraction grating polarizer is used. Further, by further modularizing the light source and the photodetector, the optical head device can be further improved. Miniaturization can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の複屈折回折格子型偏光子の第1の実施
例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a birefringent diffraction grating polarizer of the present invention.

【図2】本発明の複屈折回折格子型偏光子の第2の実施
例を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a birefringent diffraction grating polarizer according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の光ヘッド装置の第1の実施例を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the optical head device of the present invention.

【図4】本発明の光ヘッド装置の第2の実施例を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the optical head device of the present invention.

【図5】本発明の光ヘッド装置の第3の実施例を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the optical head device according to the present invention.

【図6】本発明の光ヘッド装置の第4の実施例を示す図
である。
FIG. 6 is a diagram showing a fourth embodiment of the optical head device according to the present invention.

【図7】従来のホログラム素子の断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a conventional hologram element.

【図8】従来のホログラム素子の格子パターンを示す図
である。
FIG. 8 is a view showing a lattice pattern of a conventional hologram element.

【図9】従来のホログラム素子の格子パターンを示す図
である。
FIG. 9 is a view showing a lattice pattern of a conventional hologram element.

【図10】従来の光ヘッド装置を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a conventional optical head device.

【図11】光検出器に入射する回折光の状態を示す図で
ある。
FIG. 11 is a diagram illustrating a state of diffracted light incident on a photodetector.

【図12】従来の光ヘッド装置を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a conventional optical head device.

【図13】光検出器に入射する回折光の状態を示す図で
ある。
FIG. 13 is a diagram illustrating a state of diffracted light incident on a photodetector.

【図14】本発明の光ヘッド装置の第5の実施例を示す
図である。
FIG. 14 is a view showing a fifth embodiment of the optical head device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ニオブ酸リチウム基板 2 プロトン交換領域 3 位相補償膜 4 全反射膜 5 領域A 6 領域B 7 領域C 8 領域D 9 分割線 10 半導体レーザ 11 コリメーティングレンズ 12 対物レンズ 13 1/4波長板 14 光ディスク 15 光磁気ディスク 16、17、20、21、72 ホログラム素子 18 偏光ビームスプリッタ 19 レンズ 22 反射格子層 23、71 偏光ビームスプリッタ層 24 ミラー 25 半導体レーザチップ 26、27 光検出素子群 30、31、32、33、34、35、36、37 光
検出器 40、41、42、43 収束点 50、51、52、53、54 回折光 60、61 モジュール 70 三角プリズム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium niobate substrate 2 Proton exchange area 3 Phase compensation film 4 Total reflection film 5 Area A 6 Area B 7 Area C 8 Area D 9 Division line 10 Semiconductor laser 11 Collimating lens 12 Objective lens 13 Quarter wave plate 14 Optical disk 15 Magneto-optical disk 16, 17, 20, 21, 72 Hologram element 18 Polarization beam splitter 19 Lens 22 Reflection grating layer 23, 71 Polarization beam splitter layer 24 Mirror 25 Semiconductor laser chip 26, 27 Photodetection element group 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 Photodetector 40, 41, 42, 43 Convergence point 50, 51, 52, 53, 54 Diffracted light 60, 61 Module 70 Triangular prism

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光学異方性を持つ結晶板の主面に、周期
的に設けられたイオン交換領域と誘電体とから成る回折
格子の表面に全反射膜が形成されていることを特徴とす
る複屈折回折格子型偏光子。
1. A total reflection film is formed on a main surface of a crystal plate having optical anisotropy and on a surface of a diffraction grating comprising a periodically provided ion exchange region and a dielectric. Birefringent diffraction grating polarizer.
【請求項2】 前記回折格子と反対の面の全面あるいは
一部の領域に偏光ビームスプリッタ層が設けられている
ことを特徴とする請求項1記載の複屈折回折格子型偏光
子。
2. The birefringent diffraction grating polarizer according to claim 1, wherein a polarizing beam splitter layer is provided on the entire surface or a part of the surface opposite to the diffraction grating.
【請求項3】 光源と、前記光源からの光を記録媒体上
に絞り込む結像レンズ系と、前記記録媒体からの戻り光
の偏光を前記光源からの光の偏光と直交するように変換
する4分の1波長板と、前記光源からの光を前記結像レ
ンズ系へ反射し前記戻り光を回折するホログラム素子
と、前記回折された光を受光する光検出器から構成さ
れ、前記ホログラム素子は光学異方性を持つ結晶板の主
面に周期的に設けられたイオン交換領域と誘電体から成
る回折格子の表面に全反射膜が形成されていることを特
徴とする光ヘッド装置。
3. A light source, an imaging lens system for focusing light from the light source on a recording medium, and a converter for converting the polarization of light returned from the recording medium so as to be orthogonal to the polarization of light from the light source. A half-wave plate, a hologram element that reflects light from the light source to the imaging lens system and diffracts the return light, and a photodetector that receives the diffracted light; An optical head device, wherein a total reflection film is formed on a surface of a diffraction grating composed of a dielectric and an ion exchange region periodically provided on a main surface of a crystal plate having optical anisotropy.
【請求項4】 光源と、前記光源からの光を記録媒体上
に絞り込む結像レンズ系と、前記光源からの光を前記結
像レンズ系へ反射し前記記録媒体からの戻り光を回折及
び反射するホログラム素子と、前記回折及び反射された
光を受光する光検出器から構成され、前記ホログラム素
子は光学異方性を持つ結晶板の主面に周期的に設けられ
たイオン交換領域と誘電体から成る回折格子の表面に全
反射膜が形成されており、前記回折格子と反対の面の一
部の領域に偏光ビームスプリッタ層が設けられているこ
とを特徴とする光ヘッド装置。
4. A light source, an imaging lens system for focusing light from the light source onto a recording medium, and diffracting and reflecting return light from the recording medium by reflecting light from the light source to the imaging lens system. A hologram element, and a photodetector that receives the diffracted and reflected light, wherein the hologram element has an ion exchange region and a dielectric that are periodically provided on a main surface of a crystal plate having optical anisotropy. An optical head device, wherein a total reflection film is formed on the surface of a diffraction grating comprising: and a polarization beam splitter layer is provided in a partial region on a surface opposite to the diffraction grating.
【請求項5】 光源と、前記光源からの光を記録媒体上
に絞り込む結像レンズ系と、前記光源からの光の一部を
前記結像レンズ系へ反射し、前記記録媒体からの戻り光
の一部を透過させる偏光ビームスプリッタと、前記の偏
光ビームスプリッタを透過した前記記録媒体からの戻り
光を反射回折するホログラム素子と、前記反射回折され
た光を受光する光検出器から構成され、前記偏光ビーム
スプリッタは、偏光分離する面の一部の領域に偏光ビー
ムスプリッタ層が形成されており、前記ホログラム素子
は光学異方性を持つ結晶板の主面に周期的に設けられた
イオン交換領域と誘電体から成る回折格子の面に全反射
膜を形成し、前記回折格子の反対の面と前記偏光ビーム
スプリッタの偏光分離面が接着されていることを特徴と
する光ヘッド装置。
5. A light source, an imaging lens system for converging light from the light source onto a recording medium, and a part of light from the light source reflected to the imaging lens system to return light from the recording medium A polarizing beam splitter that transmits a part of the light, a hologram element that reflects and diffracts return light from the recording medium that has passed through the polarizing beam splitter, and a photodetector that receives the reflected and diffracted light, In the polarization beam splitter, a polarization beam splitter layer is formed in a partial region of a surface where polarization is separated, and the hologram element is an ion exchange layer periodically provided on a main surface of a crystal plate having optical anisotropy. An optical head device, wherein a total reflection film is formed on a surface of a diffraction grating composed of a region and a dielectric, and an opposite surface of the diffraction grating is bonded to a polarization splitting surface of the polarization beam splitter.
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